p-n异质结型光催化剂BiOBr/NaBiO3的制备与可见光催化活性

采用化学蚀刻法在NaBiO3表面利用HBr与NaBiO3的反应原位沉积BiOBr,制备了异质结型光催化剂.利用X射线粉末衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)和扫描电子显微镜(SEM)等对其相结构、微观形貌和光吸收性能进行了表征.光催化实验结果表明,BiOBr/NaBiO3在可见光下可以有效降解罗丹明B(RhB)溶液,当BiOBr与NaBiO3的摩尔比为40.1%时,BiOBr/NaBiO3具有最大催化活性.通过不同牺牲剂的加入及荧光实验结果推测了该异质结型材料光催化过程中光生载流子的传输方向及活性物种.研究结果表明,BiOBr/NaBiO3催化活性的增强主要归结为两者之间形成了有效的异质结,其内建电场能够促进光生载流子的分离,同时h+在光催化降解过程中是主要的活性物种.     

n-p异质结型CdS/BiOBr复合光催化剂的制备及性能

采用两步水热法制备了CdS/BiOBr复合光催化剂,并通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对其物相、表面结构、光响应性等性质进行了表征.结果表明,合成的CdS/BiOBr复合材料是n-p型异质结,由CdS颗粒裹附在BiOBr纳米球的表面构成,这种结构不仅具有良好的可见光响应范围,且有利于光生电子的迁移,并有效地抑制光生电子/空穴对的复合.通过光催化降解模拟染料废水和光催化脱除模拟含硫燃料评价了CdS/BiOBr复合材料的可见光催化性能.结果表明,6%(质量分数)CdS/BiOBr降解次甲基蓝的拟一级动力学常数分别为BiOBr和CdS的5.3和9.6倍,脱除噻吩的拟一级动力学常数分别为BiOBr和CdS的1.9和3.2倍.CdS/BiOBr具有良好的光催化稳定性,循环使用5次后,降解率仍能达到90%以上.     

2D/2D BiOBr/g-C3N4 S型异质结光催化性能

近年来,能源短缺和环境污染严重威胁人类的可持续发展.光催化技术具有绿色环保、成本低等优势,被认为是解决上述问题的最佳途径之一,其实用化的核心是开发高效可见光催化材料.石墨相氮化碳(g-C3N4)因其物理化学性质稳定、无毒、廉价及能带适宜等特点,广泛应用于光催化领域.然而,光生载流子易复合、比表面积小等问题不利于其实际应用,构建g-C3N4基2D/2D异质结不仅能促进载流子有效分离,而且能为反应提供更多表面空间环境,是提高g-C3N4催化活性的有效途径.目前,I型和II型异质结虽能促进电荷分离,但降低了电荷参与表面反应的电势;而S型异质结电荷转移机制遵循热力学和动力学规律,能很好保留高氧化还原能力的电子和空穴,因而备受关注.当前,开发S型g-C3N4基2D/2D异质结有助于发展高效光催化体系.本文首先以三聚氰胺为前驱体,通过二次高温煅烧得到2D g-C3N4纳米片;随后,以Bi(NO3)3·5H2O和KBr为反应物,乙二胺和水为溶剂,借助室温原位自组装法获得一系列不同质量比的BiOBr/g-C3N4异质结.研究表明,BiOBr均匀分布于g-C3N4表面形成具有良好接触界面的2D/2D异质结,而且BiOBr/g-C3N4比表面积可提高至g-C3N4的2.4倍.当BiOBr与g-C3N4质量比为1.5:1时,可见光照射30 min,30 mg复合样品可将浓度为10 mg·L-1的RhB(100 mL)几乎全部降解,降解过程符合一级反应动力学,降解速率是g-C3N4的48.2倍.此外,该体系具有一定的光催化析氢活性及良好的循环稳定性.X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、莫特肖特基、电化学阻抗谱分析及活性物种捕获等实验结果表明,由于还原性半导体g-C3N4与氧化型半导体BiOBr费米能级不同,二者接触时,电子从费米能级高的g-C3N4转移至费米能级低的BiOBr,在复合材料界面产生强的内建电场,借助带边弯曲和库仑力共同作用,形成了具有S型电荷转移途径的2D/2D BiOBr/g-C3N4异质结.在光照条件下,g-C3N4价带空穴能与BiOBr导带电子快速复合(一般认为是无用的电荷),从而使具有高反应活性的g-C3N4导带电子与BiOBr价带空穴参与表面反应,有效提高了体系的催化活性.综合本文及其他相关研究可知,在由氧化型和还原型半导体组成的异质结中,S型电荷转移机制具有一定普适性,可指导开发高效光催化体系以解决能源和环境问题.     

0D/2D碳氮量子点(CNQDs)/BiOBr复合的S型异质结高效光催化降解和产H2O2(英文)

光生载流子的快速复合制约着BiOBr的光催化性能，通过构建界面紧密结合的异质结可以有效地解决这个问题。在本研究中，通过采用简单的高温高压水热法，首次在二维(2D)BiOBr表面上成功复合了零维(0D)的g-C3N4量子点(CNQDs)，并形成了具有紧密接触界面的0D/2D CNQDs/BiOBr S型异质结，主要原因是CNQDs杂环中的π电子与BiOBr产生了相互作用。CNQDs/BiOBr-1.50%复合材料在光照下降解四环素(TC)、环丙沙星(CIP)和产H₂O₂的表观反应速率常数k值分别是BiOBr的2.02、2.91和1.54倍。在循环测试中，CNQDs/BiOBr-1.50%显示出相对较高的光催化活性和结构稳定性。通过X射线光电子能谱(XPS)分析，明确CNQDs中的π电子与BiOBr具有相互作用，确认了异质结中光生电子的转移方向。CNQDs/BiOBrS型异质结的成功构建使其具有非凡的光催化稳定性和活性。更多活性物质的产生和稳定的催化活性归因于电子和空穴的独特转移机制。CNQDs/BiOBrS型异质结的特殊的电子-空穴转移机理实现...     

表面相变及Pt负载的BiOBr纳米片的协同光催化效应

通过热处理手段考察了BiOBr纳米片的表面相变过程。通过XRD,Raman,SEM,TEM,UV-Vis-DRS等手段对不同热处理温度下样品的结构进行表征。结果表明,高温热处理下(≥400℃),BiOBr相向Bi24O31Br10相转变,可形成BiOBr/Bi24O31Br10异质结。通过气相乙醛的降解,并与商用P25 TiO2做比较来评估催化剂的光催化性能,测得活性顺序为:P25 TiO2BiOBrBiOBr/Bi24O31Br10。能带结构分析可知BiOBr与Bi24O31Br10间形成I型异质结不利于电荷分离,因而活性降低。然而,当同样条件下于上述催化剂表面负载Pt后,测得光催化活性顺序为:(BiOBr/Bi24O31Br10)-PtBiOBr-PtP25 TiO2-Pt。(BiOBr/Bi24O31Br10)-Pt的最高活性归因于BiOBr/Bi24O31Br10异质结与Pt负载的协同分离光生载流子过程,即与BiOBr/Bi24O31Br10界面的光生空穴转移,BiOBr/Pt及Bi24O31Br10/Pt界面的光生电子转移、累积及开启双电子还原O2的一系列过程有关。     

CeO_2/NaNbO_3复合物的水热合成及其光催化性能的提高（英文）

钙钛矿型NaNbO_3由于其非线性光学、铁电、离子导电性、高声速、光催化性能和光折变等优良性能而备受关注.在光催化反应中,宽禁带宽度(≈3.24 eV)使NaNbO_3具有较高的导带底(CBM)和较低的价带顶(VBM).因此,它表现出强烈的光氧化和光还原能力.众所周知,钙钛矿型光催化剂光电子激发和传输能力的增强归因于其较高的对称性.因此,具有高对称性的立方NaNbO_3有利于电子激发和转移.但是,一些固有的缺点,包括电荷分离效率低、量子产率差和光催化活性差等,限制了其在光催化领域的实际应用.为了解决这些问题,一种有效的方法是与其他半导体结合,形成具有改善光催化活性的异质结复合物.CeO_2作为传统的催化剂在光催化领域得到了广泛研究.CeO_2具有稳定、无毒的特点,是一种n型半导体.目前,研究人员已经发现CeO_2与不同半导体的耦合可以提高CeO_2的光催化活性.这归因于能级水平的适当匹配.本文通过简易水热法制备了高活性的CeO_2/NaNbO_3异质结复合物,并采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM,HRTEM)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)等表征技术研究了所制光催化剂的物相结构、样品形貌和光学性能.所制样品的光催化活性通过光催化降解无色抗菌环丙沙星(CIP)和染料罗丹明B(RhB)证实.结果表明,在紫外和可见光照射,CeO_2/NaNbO_3复合物比纯NaNbO_3具有更高的光催化活性.此外,CeO_2/NaNbO_3复合物中CeO_2的最佳质量比为2.0 wt%.紫外光照射下光催化性能的显著提高是由于CeO_2/NaNbO_3异质结的形成不仅提高了光生电荷在界面范围内的迁移速率,而且降低了光激发产生的电子和空穴的复合率.可见光照射下内置电场的存在促进了电子和空穴的分离,提高了光催化性能.此外,利用光致发光(PL)光谱、光电流、电化学阻抗谱和捕获实验证明了样品的光催化反应机理.捕获实验结果表明,·OH自由基、·O_2~-自由基和空穴都参与了RhB的光催化降解过程.最后,探讨了提高光催化活性的可能机理.     

BiOBr/Ni2P/g-C3N4体系中用Ni2P电子桥加速S型体系光生载流子分离

水污染对人类健康和生态环境造成了严重的危害,引起了人们广泛关注.半导体光催化技术被认为是一种去除废水中有机污染物的有效方法.近年来,石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种无金属的光催化剂,具有合适的带隙能(Eg≈2.7eV)、良好的化学稳定性、较好的热稳定性、无毒以及强的还原电位(ECB≈-1.3eV)等特点,表现出较好的光催化活性.但由于g-C3N4光生载流子复合快和量子效率低,限制了其实际应用.因此,研究者们开发了各种有效的方法来克服上述缺点,如调控形貌、掺杂离子、沉积贵金属和构建异质结等.其中,构建梯型(S型)异质结已被证实是提高复合材料光催化活性的一种有效策略.S型异质结的形成不仅有效地加速光生电子和空穴的分离和迁移,而且还增强了光生载流子的氧化还原能力.除了电子结构外,异质结的界面电阻直接影响着光生载流子的分离效率,从而决定光催化活性强弱.据报道,具有高导电性的"电子传递介质"或"电子桥"可有效地降低载流子迁移过程中的界面阻力.过渡金属磷化物具有优良的导电性、低廉的价格和无毒的特性,完全满足电子桥的要求,成为电子桥的最佳候选材料之一.结合S型异质结和电子桥的优势,本文采用沉积-沉淀法制备了一种新型的S型BiOBr/Ni₂P/g-C3N4异质结.在可见光(λ≥400 nm)下,该催化剂对甲基橙和罗丹明B的降解活性明显优越于BiOBr/g-C₃N₄.这主要归因于电子桥Ni₂P和S型异质结的协同效应.密度泛函理论计算表明,电子从BiOBr通过电子桥Ni₂P转移到g-C₃N₄.在可见光照射下以及界面内建电场的驱动下,带边缘弯曲和库仑相互作用协同促进了复合物中相对无用的电子和空穴的重组,从而保留了较强氧化还原能力的电子和空穴.活性氧捕获实验、电子顺磁共振光谱和电流-电压曲线结果进一步证明,光催化剂中的电荷迁移方式遵循S型异质结的迁移机制.综上,本文不仅为S型光催化剂的设计提供了有效策略,也为界面载流子的快速分离和迁移提供了切实可行的途径.     

异质结型AgBr/CuO光催化剂的合成、 光催化活性及再生

采用沉淀法制备了具有p-n异质结结构的AgBr/CuO可见光催化剂, 对其结构进行了表征, 通过甲基橙溶液的降解率评价了AgBr/CuO的光催化活性, 并通过活性物种测试及能带结构分析推测了其光催化机理, 采用3%(质量分数)溴水对使用后的AgBr/CuO进行了再生处理. 结果表明, 在可见光照射下, 0.1 g AgBr/CuO光催化剂30 min对甲基橙溶液(初始浓度为15 mg/L)的降解率高达92%, 远高于同等条件下的AgBr. AgBr/CuO光催化活性提高的原因是AgBr与CuO的复合一方面使催化剂的禁带宽度变宽, 提高了光生电子与光生空穴的氧化还原能力; 另一方面, 在两者之间形成了p-n型异质结结构, 有利于光生电子的转移及光生电子与空穴的分离. 采用绿色环保的溴水再生法可显著恢复催化剂的光催化活性.     

异质结型AgBr/CuO光催化剂的合成、光崔化活性及再生

采用沉淀法制备了具有p-n异质结结构的AgBr/CuO可见光催化剂,对其结构进行了表征,通过甲基橙溶液的降解率评价了AgBr/CuO的光催化活性,并通过活性物种测试及能带结构分析推测了其光催化机理,采用3％(质量分数)溴水对使用后的AgBr/CuO进行了再生处理.结果表明,在可见光照射下,0.1gAgBr/CuO光催化剂30 min对甲基橙溶液(初始浓度为15 mg/L)的降解率高达92％,远高于同等条件下的AgBr.AgBr/CuO光催化活性提高的原因是AgBr与CuO的复合一方面使催化剂的禁带宽度变宽,提高了光生电子与光生空穴的氧化还原能力;另一方面,在两者之间形成了p-n型异质结结构,有利于光生电子的转移及光生电子与空穴的分离.采用绿色环保的溴水再生法可显著恢复催化剂的光催化活性.     

Bi_2MoO_6/BiVO_4异质结的水热合成和可见光催化活性(英文)

采用一步水热法制备Bi2MoO6/BiVO4复合光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段对其晶体结构和微观结构进行了表征.结果表明,Bi2MoO6纳米粒子沉积在BiVO4纳米片表面从而形成异质结结构.紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明所制备的Bi2MoO6/BiVO4异质结较纯相Bi2MoO6和BiVO4对可见光吸收更强.由于形成异质结结构及其光吸收性能使Bi2MoO6/BiVO4光催化活性有较大提高.可见光下(λ420 nm)光催化降解罗丹明B(RhB)实验结果表明,Bi2MoO6/BiVO4光催化活性较纯相Bi2MoO6和BiVO4高.Bi2MoO6/BiVO4样品光催化性能提高的原因是Bi2MoO6和BiVO4形成异质结,从而有效抑制光生电子-空穴对的复合,增大了可见光吸收范围及比表面积.     

Au/BiOBr/石墨烯复合物的制备及其苯酚降解光催化性能

采用水热法和多巴胺还原法制备了Bi OBr、Bi OBr/石墨烯和Au/Bi OBr/石墨烯光催化剂,并利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等方法表征其形貌、相结构、光谱吸收性质以及组成结构。在可见光照射下,通过对水相中苯酚的降解,考察了Au/Bi OBr/石墨烯复合光催化剂活性。结果表明,由于量子效率的提高、带隙能的降低(2.25 e V)以及Au表面等离子体共振,复合光催化剂表现出比纯Bi OBr更高的光催化活性,Au/Bi OBr/石墨烯复合物在180 min内对苯酚降解率可达到64%。     

原位构筑溴氧化铋/聚吡咯复合材料用于光催化降解阴离子染料

采用光化学反应法在稀酸条件下制备出薄片状溴氧化铋（BiOBr）,将其分散于含有过硫酸铵和十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中,通过吡咯的一步聚合反应原位制备出聚吡咯（PPy）修饰的BiOBr复合材料（BiOBr/PPy）。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱、紫外可见光谱及荧光光谱等综合表征技术对样品的晶体结构、形貌特征和光电特性等进行测试。结果显示,PPy成功修饰到BiOBr薄片上,BiOBr与PPy接触紧密且相互作用强。与纯BiOBr相比,BiOBr/PPy复合材料具有更强的可见光吸收效率和增强的光催化降解甲基橙（MO）染料活性。通过优化PPy和BiOBr的组合比例,当BiOBr质量分数约为7%时,BiOBr/PPy-2在50 min内对MO （30 mg·L^-1）的降解率为87.3%;另外,循环光催化活性虽有降低但仍高于纯BiOBr和纯PPy （10.4%）。这表明BiOBr与PPy之间较强的相互作用和良好的界面结合可以有效地促进光生电子与空穴的分离效率。反应体系中分离的光生空穴、衍生自由基在染料氧化降解中发挥了重要作用。     

Enhanced photocatalytic performance of carbon quantum dots/BiOBr composite and mechanism investigation

Novel CQDs/BiOBr composite photocatalysts are constructed via a simple hydrothermal synthesis and show superior activity in photocatalytic degradation of organic pollutants.     

Heterojunction of BiPO4/BiOBr photocatalysts for Rhodamine B dye degradation under visible LED light irradiation

BiOBr synthesized by alcoholysis precipitation is used in the preparation of BiPO₄/BiOBr composites by adding H₃PO₄. Pristine BiOBr and a series of BiPO₄/BiOBr composites have been successfully synthesized using an entirely room-temperature production process. X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy, High-resolution transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, UV–vis absorption spectroscopy were used to investigated the bulk structure, surface morphology, element composition and optical properties of the samples. The degradation effect of different proportions of BiPO₄/BiOBr composites, BiOBr and BiPO₄ on Rhodamine B (RhB) was evaluated under visible LED light irradiation. Compared to pure BiOBr and BiPO₄, the as-synthesized BiPO₄/BiOBr composites showed enhanced performance, with 30% BiPO₄/BiOBr composite showing the best performance, as it could degrade 95.66% of RhB (100 ml, 15 mg/L) within 120 min. The enhanced photocatalytic activity of BiPO₄/BiOBr was attributed to the heterojunction formation between BiOBr and BiPO₄ and efficient charge separation.     

g-C_3N_4/BiOBr异质结光催化剂的制备与可见光催化活性

以三聚氰胺作为合成g-C_3N_4纳米片的前躯体,以Bi(NO3)3·5H2O和KBr作为合成BiOBr的原料,采用水热法构建g-C_3N_4/Bi OBr二维异质结可见光催化剂,有效的晶面复合和合适的能带组合有助于增强g-C_3N_4和BiOBr的可见光催化活性。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见漫反射光谱(UVvis DRS)等方法表征其结构、光学性质以及组成结构。在可见光(λ420 nm)下以光催化降解RhB来评价合成催化剂的光催化活性,结果表明,g-C_3N_4/BiOBr光催化降解罗丹明B(Rh B)的效率高于单体g-C_3N_4和BiOBr,并对g-C_3N_4/BiOBr增强可见光催化RhB机理进行解释。     

Enhanced Visible-light Photocatalytic Activity of g-C3N4/Nitrogen-doped Graphene Quantum Dots/TiO2 Ternary Heterojunctions for Ciprofloxacin Degradation with Narrow Band Gap and High Charge Carrier Mobility

Limited visible-light absorption and high recombination rate of photogenerated charges are two main drawbacks in g-C₃N₄-based photocatalysts. To solve these problems, g-C₃N₄/nitrogen-doped graphene quantum dots (NGQDs)/TiO₂ ternary heterojunctions were facilely prepared via a one-step calcining method. The morphology, structure, optical and electrochemical properties of g-C₃N₄/NGQDs/TiO₂ were characterized and explored. The optimal g-C₃N₄/NGQDs/TiO₂ composite exhibits enhanced photocatalytic degradation performance of ciprofloxacin (CIP) compared with the as-prepared g-C₃N₄, TiO₂(P25) and g-C₃N₄/TiO₂ heterojunction under visible light irradiation. The apparent rate constant of the composite is around 6.43, 4.03 and 2.30 times higher than those of g-C₃N₄, TiO₂ and g-C₃N₄/TiO₂, respectively. The enhanced photocatalytic efficiency should be mainly attributed to the improvement of light absorption and charge separation and transfer efficiency, originating from the narrow band gap and high charge carrier mobility. The active species trapping experiments results showed that the h⁺ and ^·O₂^- were the main active species in the degradation process. A possible photocatalytic reaction mechanism of the g-C₃N₄/NGQDs/TiO₂ composite for the enhanced degradation of CIP under visible light irradiation was also proposed.     

Hierarchical BiOBr microspheres with oxygen vacancies synthesized via reactable ionic liquids for dyes removal

Hierarchical BiOBr microspheres with oxygen vacancies, which can be used for the dyes removal, have been synthesized successfully in the presence of different kinds of ionic liquids. It was revealed that BiOBr prepared by the ionic liquids with short chain length exhibited higher photocatalytic activity in the degradation of methyl orange (MO) under visible light. The experimental results showed that the phenomenon of the photocatalytic degradation of MO can be explained by the photoluminescence spectra.     

Preparation and measurement of properties of BiOBr/BiOCl/PANI ternary nanocomposite for highly efficient visible light photocatalytic applications

In this paper, we report the synthesis of the BiOBr/BiOCl/PANI ternary nanocomposite using a simple co-precipitation method. The modified photocatalyst produced was characterized by the FT-IR, FE-SEM equipped with EDS (as a Map), TEM, XRD, PL, Raman, and UV–Vis DRS analytical techniques. The synergetic effect of PANI and surface defects in nanoplates can prolong the recombination rate of photo-generated charge carriers. Thus, photocatalytic and photoelectrochemical activities of samples have been studied. Then, the methyl orange (MO) degradation performance of PANI/BiOBr and BiOBr/BiOCl/PANI was investigated under visible light irradiation. The lamp used to simulate sunlight in this photocatalytic study process was power down white light (5-W LED), less reported. The results got exhibited that the as-prepared BiOBr/BiOCl/PANI (90:10, Bi:PANI) nanocomposite showed a higher photocatalytic efficiency. Based on the scavenger tests, ^·O₂^? played a significant role in the degradation of MO. The connection between BiOBr, BiOCl, and PANI improved photocatalytic activity, which enhanced migration rate of the photo-generated electrons besides limiting the recombination of photo-generated electron–hole pairs.

     

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将BiOBr纳米片生长到g-C₃N₄表面,制得g-C₃N₄-BiOBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由BiOBr和g-C₃N₄两相组成,BiOBr纳米片在片状g-C₃N₄表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C₃N₄和BiOBr,g-C₃N₄-BiOBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 g-C₃N₄-BiOBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C₃N₄和BiOBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。